基于變頻技術(shù)的液壓容積調(diào)速回路特性分析和試驗(yàn)研究

1、上海交通大學(xué)碩士學(xué)位論文基于變頻技術(shù)的液壓容積調(diào)速回路特性分析和試驗(yàn)研究姓名：史志永申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別：碩士專業(yè)：機(jī)械電子工程指導(dǎo)教師：詹永麒;胡大邦20030401上海交通大學(xué)申請(qǐng)碩士學(xué)位論文基于變頻技術(shù)的液壓容積調(diào)速回路特性分析和試驗(yàn)研究基于變頻技術(shù)的液壓容積調(diào)速回路特性分析和試驗(yàn)研究摘要近年來(lái)，采用變頻技術(shù)對(duì)異步電機(jī)進(jìn)行調(diào)速已經(jīng)成為電機(jī)調(diào)速的最主要方式：另一方面，數(shù)字開(kāi)、閉環(huán)控制及傳感器技術(shù)等在液壓元件和液壓系統(tǒng)上的應(yīng)用也日益廣泛。在此基礎(chǔ)上，本課題對(duì)基于變頻技術(shù)的液壓容積調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行了理論分析和實(shí)驗(yàn)研究，得出了一些有用的結(jié)論。在第二章中構(gòu)建了一個(gè)系統(tǒng)壓力、馬達(dá)轉(zhuǎn)速反饋的閉環(huán)變頻液壓容積調(diào)速系

2、統(tǒng)，介紹了其結(jié)構(gòu)組成、工作原理、測(cè)速方法及有關(guān)控制程序設(shè)計(jì)思想等。在第三章中建立了系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型，得出系統(tǒng)傳遞函數(shù)。第四章介紹了本課題所應(yīng)用的模糊控制理論，設(shè)計(jì)了模糊控制器并分析了控制參數(shù)對(duì)系統(tǒng)控制性能的影響。在第五章，應(yīng)用第三章中建立的系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型用軟件對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了仿真研究，得出了馬達(dá)主軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、泄漏系數(shù)和負(fù)載大小對(duì)系統(tǒng)速度特性的影響關(guān)系；應(yīng)用第四章設(shè)計(jì)模糊控制器對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，研究結(jié)果表明本文設(shè)計(jì)的模糊控制器在控制馬達(dá)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定性方面具有很明顯的作用，改善了傳統(tǒng)泵控馬達(dá)容積調(diào)速回路的馬達(dá)轉(zhuǎn)速隨負(fù)載變化而變化的問(wèn)題。經(jīng)過(guò)對(duì)比分析，仿真研究結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)果基本致。仿真和實(shí)驗(yàn)研究中得出的一

3、些結(jié)論對(duì)于今后在液壓調(diào)速中應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)具有指導(dǎo)意義。論文的最后分析了變頻液壓容積調(diào)速系統(tǒng)的有關(guān)特性，歸納了其所具有的優(yōu)勢(shì)與不足。關(guān)鍵詞：變頻，容積調(diào)速，模糊控制，研究土海交透丈學(xué)串譴磺：學(xué)健論文基于交額技術(shù)夔渡燕轡鞔壤逮圈蘸特牲努輯秘試驤磷究飄駙幔濺嘿器囂】隰玨，（），。，差上海交遙夭學(xué)串游疆士學(xué)證逢文基于交顴拄寒靜渡囂容織調(diào)逮匿路特性分輯囂試贛硪究，。，。：，上海交通大學(xué)學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書(shū)本學(xué)譴論文律卷競(jìng)?cè)私馀市Ｓ嘘P(guān)繯磐、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國(guó)家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允誨論文被查閱和借閱。本人授權(quán)上海交通大學(xué)可以將本學(xué)位論文靜全都或部分內(nèi)容編入有關(guān)

4、數(shù)據(jù)癢邀行檢索，可以采焉影印、縮印或翔描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。傈密醴凌益年解密蜃適爰本授權(quán)書(shū)。本學(xué)位論文屬予不保密口。（諺在戩上方擺內(nèi)打“”）學(xué)像論文作者簽名：更禾黌嬲：哆年月，爭(zhēng)鑫指導(dǎo)教師簽名：）每祀膽，霾麓：。；年丟秀；鑫上海交通大學(xué)學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲爨：所呈交的學(xué)短論文，是本人在導(dǎo)師囂指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn)行研究工作所取得的成果。除文中已經(jīng)注明萼用的內(nèi)容外，本論文不包含任何箕他個(gè)入戡隳體已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)避的作品成槊。對(duì)本文的研究徽爨鬟要貢獻(xiàn)的個(gè)人幫集體，鮑已在文巾默鷺磷方式標(biāo)明。本人完全意識(shí)到本聲明的法律結(jié)果由本人承掇。學(xué)疊釜文裕蠹簽名：史芻扣露襲：泓坤年參冀尹囂上海交通丈學(xué)申

5、請(qǐng)碩士學(xué)位論文基于變頻技術(shù)的液壓容積調(diào)遣回路特性分析和試驗(yàn)研究第一章緒論。傳統(tǒng)的液泛調(diào)速方我液壓系統(tǒng)以其功率大、慣爨小、響應(yīng)速度快、調(diào)速范圈寬，易于實(shí)現(xiàn)過(guò)載保護(hù)等突出優(yōu)點(diǎn)而被廣泛采用。調(diào)速回路是液滕系統(tǒng)中最主婺的回路形式乏一，其毽黲瓣磐囂霪筵雪系統(tǒng)魏整個(gè)瞧戇超罄決定援蕤影響，特裂是那些霹撬移橇麓運(yùn)動(dòng)特性要求較高的液壓系統(tǒng)尤其如此。因此，調(diào)速回路在液壓系統(tǒng)中占宥突出的地位，在各種場(chǎng)岔應(yīng)用非常廣泛。鼴統(tǒng)熬滾垂調(diào)遮方式只魏從滾歪系統(tǒng)本巍考慮，按速痰熬諉螢方法童要毒熱下三種形式：節(jié)瀟調(diào)速，容積謝速和容積節(jié)流調(diào)速等。，摹菠謂囂帶流調(diào)速即怒采用定量泵供油，依靠各炎流量控制閥調(diào)節(jié)流入或流出執(zhí)行元件的流量實(shí)現(xiàn)

6、變速；繁流誘逮鬏豢瑟靂滾量控髑闕豹不囂霹分籠譬逶葦滾閡茨節(jié)滾鑲邃幫疆速閥的節(jié)流調(diào)速兩種。節(jié)流調(diào)速回路的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低，使用維護(hù)方便；其突出缺點(diǎn)是系統(tǒng)不鬻避免懿存套整滏滾損失鞠第滾撰失，致使英發(fā)熬大、效率德。爻逡會(huì)手零功率絨速度變化不丈的場(chǎng)合，褥對(duì)于如注塑機(jī)、擠出枧、愿機(jī)等有快讖、工進(jìn)、輔助動(dòng)作速度相夔懸殊的場(chǎng)合，極不適合采用節(jié)流調(diào)速。另外，普通節(jié)流閥的節(jié)流調(diào)蘧蘑籍豹系統(tǒng)囂整較差，奎癸滾囂是交予受載變純季；熬第滾露薄臻聰差翡交化，使流經(jīng)節(jié)流閥的流量發(fā)生變化從而影響了執(zhí)行機(jī)構(gòu)的速度穩(wěn)定性。如果用調(diào)速閣取代回路中的節(jié)流閥，由予調(diào)速閥兩端的壓差不受負(fù)簸變化的影響，其過(guò)流蠹只取決予節(jié)滾弱過(guò)流露襖

7、靜大企，囂囂霹虢大大熬提寒系統(tǒng)豹戮佳，羧善撬費(fèi)機(jī)構(gòu)的速度穩(wěn)定性。但是，這賤性能的改善怒以加大整個(gè)流量控制閥的工作壓差上海交通大學(xué)申請(qǐng)碩士學(xué)位論文基于變繳技術(shù)的液壓容張調(diào)速回路特性分析和試驗(yàn)研究蕘霞羧豹，較大囂麓篷在穰多場(chǎng)合下是不允讒瓣。容積調(diào)譙褰積潺速蘩纛改變變量泵秘（或）改變交堂馬達(dá)豹撩熬實(shí)現(xiàn)調(diào)速，焱圪績(jī)況下，液壓泵的輸出流量總是與負(fù)載流量褶一致，基本不存在溢流和節(jié)流損失。由于其具有效率高、發(fā)熱少、調(diào)速范圍寬等突出優(yōu)點(diǎn)，容積調(diào)速在很大程度土減少了系統(tǒng)節(jié)淀羧失幫發(fā)熱薰，蠢囂效率較巍。毽容積調(diào)速溷路的不怒之楚為：此種調(diào)速方式控制精度不商，原因是不附壓力下泵、瑪達(dá)效率地變化，對(duì)執(zhí)行元件地速度均會(huì)產(chǎn)

8、生不利的影響，除非將負(fù)載包括進(jìn)閉環(huán)控制系統(tǒng)之內(nèi)；毒定量泵攘魄，變量泵勢(shì)不楚豢鬻工終磊綴理想豹王滋下。弼婦，變量控塞泵斜擻傾角可在。變化（斜軸泵可達(dá)），不能總猩最佳的斜撤傾角下工作；雋終，套對(duì)菰露元終運(yùn)動(dòng)遴發(fā)要求毫茲場(chǎng)會(huì)，往往愛(ài)爝瓏裁或囊激變量泵，而比例或伺服系統(tǒng)對(duì)油源過(guò)濾精度要求高，價(jià)格也較高。閡題的提毫由前節(jié)所述，容積調(diào)速主鼴方式之一就是通過(guò)改變液壓泵輸出流麓來(lái)實(shí)現(xiàn)的，又根據(jù)液壓漿流量輸出公濺可知，改變液壓裂排量或改變轉(zhuǎn)速均可敬改交液壓泵熬羧囊滾量。傳絞瓣變量泵都麓經(jīng)過(guò)有關(guān)秘城維穩(wěn)來(lái)改變液蘧泵豹排黧從而改變液聰漿的輸出流鬣的，如斜盤式柱塞泵通常怒靠改變斜盤傾角來(lái)改變泵的排量，斜軸掰：柱塞泵靠

9、改變缸體與輸出軸的傾角改變排量等。而通過(guò)轉(zhuǎn)速霉誘戇毫凄輥來(lái)改變滾壓泵贛穗滾量近年寒藏楚鏊疼磐浚蔗秀硬究熱纛之一。在絕大多數(shù)場(chǎng)合下，驅(qū)動(dòng)液壓泵的電動(dòng)機(jī)都是異步電動(dòng)機(jī)，這是因?yàn)楫惒诫妱?dòng)機(jī)和其它電動(dòng)機(jī)相比，有著覺(jué)可比擬的優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單凝固、成本低廉、易于繚護(hù)鐐。霞建，褒蜜頻諼邃技零麓篷鞋蔻，入釣已經(jīng)發(fā)弱了多拳爭(zhēng)對(duì)異步魄韻撬鑲速的方法，獲得了廣泛的應(yīng)用。例如：增大或改變轉(zhuǎn)子回路內(nèi)電阻的調(diào)速、電磁調(diào)運(yùn)電動(dòng)機(jī)等。交頻調(diào)速技術(shù)猩調(diào)速性能方麗遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出上述調(diào)速方法，并且具有臻顯瓣蒂能效果，囂囂，交頹溺遽鋈茲已經(jīng)戲?yàn)橐邜?ài)最廣泛戇異步龜動(dòng)爨調(diào)速方式。圭塑窒望查蘭皇堡鬻圭堂壁絲苧變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展莖王壅堡墊查竺鎏簍查

10、黧塑望墮墮塹絲坌塹塑鰱塑壅早在上魅慰年代，人們已經(jīng)湃始嘗試?yán)媒活l技術(shù)對(duì)工業(yè)上應(yīng)用焱廣泛懿鬣籠式舅多龜動(dòng)輥進(jìn)行諼速磅究。年代巾期以來(lái)，采用電壓戮戴電流型晶閘管變頻器的異步電機(jī)調(diào)遮系統(tǒng)等先后實(shí)現(xiàn)了窳用化。年代以艏，變頻調(diào)速開(kāi)始成為交流調(diào)速的主流，特別是年代以膊，該瑗鼓寒隨著電力瞧予技零窩徽電予蔽零羲避步，變菝潺遮技本發(fā)震更雋逐遮，墩得了西新月異的進(jìn)步。當(dāng)前，應(yīng)用電力電子技術(shù)的交流調(diào)速技術(shù)已經(jīng)成熟，由于它比直流調(diào)遮有著較大的優(yōu)越性，目前正普及到工業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域，如在大功率軋鋼機(jī)領(lǐng)域，國(guó)鼉：其主傳動(dòng)對(duì)動(dòng)態(tài)蛹成幫過(guò)載能力有綴鬻的要求，以蘺一藏是耀直流電機(jī)，但纛流電瓤戇換崗器秘巍掰在大容量方囂闋麓較多，維

11、護(hù)工幸挈爨犬。兩異多毫輥交凝溺速具有單機(jī)容量火，體積小，轉(zhuǎn)動(dòng)慣慧小、動(dòng)態(tài)響應(yīng)好、節(jié)能、易于維護(hù)等優(yōu)勢(shì)，目前世界上已脊數(shù)百臺(tái)交流變頻軋機(jī)主傳動(dòng)投入工業(yè)陵用，現(xiàn)在在發(fā)達(dá)圜窳，新建以上的軋機(jī)主傳動(dòng)，無(wú)一例外全部采用交流變頻調(diào)速。我國(guó)寶鋼熱連轉(zhuǎn)撬在瘦麓交滾交菝調(diào)速上爨一今殘臻戇范剿。鼗努，交菝溪速在毫動(dòng)稅攀、攪拌楓、擠壓機(jī)、紡織機(jī)械、注黧械、起重祝、造紙梳、風(fēng)機(jī)、永泵等鑲域也幫取得了廣泛的威用。傳動(dòng)系統(tǒng)中的電機(jī)所消耗的電能在各國(guó)的電量中出肖很大的比例，有茂資料表疆美匿電動(dòng)執(zhí)蠲電量占全國(guó)用毫慧的左右；據(jù)綾計(jì)，在我國(guó)電弱的瑟受旖中，動(dòng)力受穗蠢，其中異步憊氍占總動(dòng)力受麓豹左杏。囂忿番效縫糕用電動(dòng)機(jī)，改進(jìn)其性

12、能，降低運(yùn)行中的能耗，對(duì)節(jié)省電能和環(huán)保具有突出的懣義。在國(guó)家經(jīng)貿(mào)委掇出的項(xiàng)節(jié)電技術(shù)中，風(fēng)機(jī)、水泵帶電技術(shù)、空調(diào)節(jié)電技術(shù)、電動(dòng)機(jī)節(jié)電披術(shù)等都直接和交流交頻技術(shù)有關(guān)。根據(jù)肖關(guān)推算，若全面采用電力毫子援寒豹交鬏龜添我鶯每年霹蕊壤億廢。壹魏瑤凳，大力攔廣交滾變鬏技術(shù)在我國(guó)具有深遠(yuǎn)的意義。變頻技術(shù)在液壓領(lǐng)域成用的國(guó)內(nèi)外概況上海交通大學(xué)申請(qǐng)碩士學(xué)位論文基于變頻技術(shù)的液壓容積調(diào)速回路特性分析和試驗(yàn)研究相比較而言，變頻調(diào)速技術(shù)在液壓領(lǐng)域的應(yīng)用較晚。其在液壓領(lǐng)域中的應(yīng)用目前還處于剛剛起步的階段，目前據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)記載，變頻調(diào)速技術(shù)目前在液壓電梯和注塑機(jī)等行業(yè)已有了初步應(yīng)用。國(guó)外一些生產(chǎn)液壓元件的公司也在產(chǎn)品目錄里提

13、供了變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)的液壓動(dòng)力站。據(jù)有關(guān)資料記載而言，年和首先撰文提出將交流變頻調(diào)速技術(shù)用于液壓動(dòng)力系統(tǒng)，年和年，他們研究了帶蓄能器的變頻液壓動(dòng)力系統(tǒng)，年他們對(duì)變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)定量泵，普通電機(jī)驅(qū)動(dòng)變量泵和用變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)變量泵等幾種情況的節(jié)能效果及動(dòng)態(tài)特性作了對(duì)比實(shí)驗(yàn)研究。（）（）（）圖四種不同泵驅(qū)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)比較圖是他們所用的實(shí)驗(yàn)裝置，電機(jī)功率，變頻器功率，系統(tǒng)壓力由溢流閥調(diào)定，為，給定一條理想流量曲線，對(duì)應(yīng)圖的種情況分別測(cè)出它們的流量響應(yīng)和系統(tǒng)效率。結(jié)果表明，（）的系統(tǒng)效率最低，僅為；（）和（）效率接近，分別為和；（）的效率最高，為；響應(yīng)是（）的響應(yīng)比（）的響應(yīng)快。國(guó)外液壓電梯方面的研究據(jù)有關(guān)資料的記載

14、，日本三菱公司早在年就開(kāi)始了變頻調(diào)速在液壓電上海交通大學(xué)申請(qǐng)碩士學(xué)位論文基于變頻技術(shù)的液壓容積調(diào)速回路特性分析和試驗(yàn)研究梯上應(yīng)用的研究，年申請(qǐng)了美國(guó)專利（其結(jié)構(gòu)原理圖如圖所示），并在年研制出世界上第一臺(tái)變頻液壓樣梯，其控制系統(tǒng)采用電機(jī)軸轉(zhuǎn)速反饋和轎廂速度直接反饋相結(jié)合，減小和抑制了轎廂振動(dòng)；另外流量泄漏補(bǔ)償控制校正了泵的流量泄漏和因負(fù)載變化引起的轎廂速度波動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了無(wú)低速段的電梯轎廂直接?？繉诱尽Ｆ浜?，各大電梯公司相繼開(kāi)展變頻液壓電梯的研究開(kāi)發(fā)。圖一美國(guó)專利結(jié)構(gòu)原理圖在三菱公司之后，瑞士公司和日本公司等也都先后推出他們自己的液壓電梯專用變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。國(guó)外注塑機(jī)方面的研究為了滿足注塑機(jī)高壓、高速

15、、快速相應(yīng)、高壓力控制精度和重復(fù)精度，國(guó)產(chǎn)注塑機(jī)幾乎全部采用電液比例控制技術(shù)，國(guó)外廣泛采用變量泵和電液比例閥構(gòu)成的負(fù)載感應(yīng)系統(tǒng)，這種控制方法的優(yōu)點(diǎn)是節(jié)能，缺點(diǎn)是仍存在與流量有關(guān)的能量損失。國(guó)外最新一代注塑機(jī)中也有嘗試采用轉(zhuǎn)速可調(diào)的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)液壓泵作為動(dòng)力源，如在年的歐洲機(jī)械制造雜志上就介紹了公司專供注塑機(jī)、壓力機(jī)用的變頻調(diào)速液壓動(dòng)力裝置。另外，在年版的公司的產(chǎn)品目錄里出現(xiàn)了一種變頻調(diào)速的內(nèi)嚙合齒輪泵組，其控制結(jié)構(gòu)示意圖見(jiàn)圖一。上海交通大學(xué)申請(qǐng)頓士學(xué)位論文基于變頻技術(shù)的液疆容積調(diào)速回路特性分析和試虢研究鍪一蹦踩公霹交頻控翻癱噻會(huì)臻輪泵繾國(guó)內(nèi)研究概況國(guó)內(nèi)對(duì)予燮頻調(diào)速在液壓領(lǐng)域威用的研究目前還不夠深

16、入和充分，目前尚沒(méi)發(fā)現(xiàn)有成熟的變頻調(diào)速液壓泵站產(chǎn)潞。有關(guān)變頻調(diào)速的研究成果較為突出的是浙江丈學(xué)拯華勇教授蕷萼豹交菝諉逮深避騷究縊。該瀠熬綴簸年開(kāi)始，至今已投入了兩健博士生、四位碩士擻辯挖謀題進(jìn)行了深入研究，目前他們毆經(jīng)成功研制出一套究熬的變頻液壓調(diào)速電梯的控制系統(tǒng)，并通過(guò)了項(xiàng)目鑒定。圖為浙江大學(xué)開(kāi)發(fā)的變頻調(diào)速液壓電梯控制系統(tǒng)原理圖。該系統(tǒng)主黌有變頻器、三擺交流異步電機(jī)、鰾抒裂、集成控翻閥、壓力傳感器、等都佟縫成?？胤獓滩扇秤?jì)算稅，反馕采麗纛綏速度反饋靜形式。菠蔫此法不僅大大節(jié)省能量，而且在舒適程度、運(yùn)行的安念蝕、低故障率、載藏鬣及產(chǎn)品價(jià)格的性能比方面，都是電動(dòng)電梯所無(wú)法比擬的。另外，據(jù)文獻(xiàn)反映

17、，廣東工業(yè)大學(xué)和西安交通大學(xué)等也對(duì)液壓變頻容襖調(diào)速鏊臻在理論上蠢爨磅寵，建翻豹磷究手段還僅僅是爨嶷，沒(méi)壽遴露過(guò)試驗(yàn)磷突。煤炭科學(xué)研究總院上海分院液壓所曾在各類液蕊系統(tǒng)工程實(shí)踐上多次應(yīng)用過(guò)變頻調(diào)速技術(shù)，這些工程實(shí)踐摸索出了一些應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，但這些應(yīng)用還僅儀停留在應(yīng)用層面，沒(méi)有進(jìn)行過(guò)理論方黼的分析和研究。上海交通大學(xué)申請(qǐng)碩士學(xué)位論文基于變頻技術(shù)的液壓容積調(diào)速回路特性分析和試驗(yàn)研究圖一浙江大學(xué)變頻調(diào)速液壓電梯系統(tǒng)原理圖主要問(wèn)題及本課題的主要研究方向液壓系統(tǒng)中應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)目前還存在以下主要問(wèn)題：低速穩(wěn)定性問(wèn)題當(dāng)液壓泵轉(zhuǎn)速過(guò)低時(shí)，其自吸能力降低，容易造成吸油不充分而形成氣蝕，引起噪聲和流量脈動(dòng)，影響執(zhí)行

18、元件速度的穩(wěn)定性；而且對(duì)于大多數(shù)電壓型交直一交變頻器，低頻時(shí)低次諧波電流與基波磁場(chǎng)相互作用，會(huì)產(chǎn)生脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩，致使電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)角速度波動(dòng)；另外，低頻轉(zhuǎn)矩不足、異步電機(jī)低頻運(yùn)行時(shí)固有的不穩(wěn)定性、電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)部分與逆變器直流中間環(huán)節(jié)中濾波、貯能元件之間能量交換中產(chǎn)生的諧振現(xiàn)象、無(wú)功功率的影響等都是引起轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定的可能原因。一般情況下，上海交通大學(xué)申請(qǐng)碩士學(xué)位論文基于變頻技術(shù)的液壓容積調(diào)速回路特性分析和試驗(yàn)研究變頻調(diào)速系統(tǒng)在某特定范圍內(nèi)會(huì)出現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行不穩(wěn)定區(qū)，它和電機(jī)參數(shù)及運(yùn)行條件有關(guān)。響應(yīng)頻率較低由于一般的異步電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大于液壓泵的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，并且變頻器的過(guò)載能力有限，過(guò)載只允許一分鐘，影響了加速性能。減

19、速也不能過(guò)快，否則，再生能量會(huì)引起逆變器直流電壓過(guò)高，保護(hù)功能動(dòng)作。因此采用變頻控制的電液系統(tǒng)不適合響應(yīng)速度較高的使用場(chǎng)合，在這一點(diǎn)上，比不上伺服變量泵調(diào)速系統(tǒng)。低速時(shí)不允許滿轉(zhuǎn)矩長(zhǎng)時(shí)間工作采用脈寬調(diào)制（刪）控制的變頻器，低頻時(shí)電流脈寬很窄，若要保持滿轉(zhuǎn)矩輸出，則電流尖峰很高，長(zhǎng)時(shí)間工作很容易損壞功率模塊。通常要以上才允許滿轉(zhuǎn)矩長(zhǎng)時(shí)間工作。轉(zhuǎn)速穩(wěn)定性轉(zhuǎn)速穩(wěn)定性的關(guān)鍵是速度剛度，所謂速度剛度是指執(zhí)行器的速度不隨負(fù)載變化的能力。不同的負(fù)載工況，電液系統(tǒng)的容積效率或者說(shuō)油液的泄漏量都不一樣；另一方面，不同的負(fù)載工況，變頻器一電機(jī)環(huán)節(jié)提供的轉(zhuǎn)矩有變化和變頻器自身特性的差異性，執(zhí)行器的速度即使在變頻器相

20、同的控制電壓下也會(huì)呈現(xiàn)出一定的波動(dòng)性，因此，變負(fù)載工況下保證調(diào)速精度是這類系統(tǒng)中的又一個(gè)主要問(wèn)題。針對(duì)以上交流變頻技術(shù)在液壓領(lǐng)域應(yīng)用中的問(wèn)題，本課題以傳統(tǒng)的泵控馬達(dá)容積調(diào)速回路為基礎(chǔ)，采用交流變頻調(diào)速的定量泵和閉環(huán)速度反饋對(duì)馬達(dá)轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制。對(duì)該基于變頻技術(shù)的液壓容積調(diào)速系統(tǒng)的低速穩(wěn)定性、響應(yīng)速度、轉(zhuǎn)速穩(wěn)定性等問(wèn)題進(jìn)行實(shí)驗(yàn)或仿真研究，并對(duì)該系統(tǒng)的有關(guān)技術(shù)指標(biāo)和動(dòng)靜態(tài)特性進(jìn)行理論分析和試驗(yàn)研究。同時(shí)本課題擬通過(guò)優(yōu)化元件選型和控制算法，盡量提高系統(tǒng)調(diào)速精度和響應(yīng)速度?？傊?，本課題試圖在傳統(tǒng)的液壓調(diào)速方式之外探討一種嶄新的基于變頻技術(shù)的液壓容積調(diào)運(yùn)方式，通過(guò)對(duì)該系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)研究與仿真研究，以圖推動(dòng)交流

21、變頻技術(shù)在液壓領(lǐng)域得到進(jìn)一步的廣泛應(yīng)用。上海交通大學(xué)申請(qǐng)碩士學(xué)位論文基于變頻技術(shù)的液壓容積調(diào)速回路特性分析和試驗(yàn)研究第二章系統(tǒng)的原理與構(gòu)成系統(tǒng)結(jié)構(gòu)概述為了更好的研究基于交流變頻技術(shù)的液壓容積調(diào)速系統(tǒng)的各有關(guān)動(dòng)、靜態(tài)性能，本課題從實(shí)際出發(fā)，設(shè)計(jì)圖所示調(diào)速系統(tǒng)，根據(jù)該系統(tǒng)對(duì)變頻容積調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行有關(guān)理論分析、仿真與實(shí)驗(yàn)研究。圖變頻容積調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖本課題液壓部分采用泵控馬達(dá)回路，該回路在液壓領(lǐng)域應(yīng)用很普遍，可用于驅(qū)動(dòng)大型機(jī)床的主軸、大型的機(jī)械轉(zhuǎn)臂或者回轉(zhuǎn)工作臺(tái)等，因而具有典型意義。由于系統(tǒng)的速度穩(wěn)定性和回路剛度受外負(fù)載的影響，采用簡(jiǎn)單的開(kāi)環(huán)控制回路難以達(dá)到精確控制馬達(dá)轉(zhuǎn)速目的。為此，本系統(tǒng)采用了

22、閉環(huán)控制回路，即用光電編碼器采集馬達(dá)的轉(zhuǎn)速信號(hào)，經(jīng)信號(hào)處理后反饋給計(jì)算機(jī)，和給定輸入值進(jìn)行比較，再通過(guò)控制器、變頻器等相應(yīng)的改變液壓泵的轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)液壓泵的輸出流量，最終達(dá)到精確控制馬達(dá)轉(zhuǎn)速的目的。另外，為了研究負(fù)載對(duì)本調(diào)速系統(tǒng)的影響和干擾，最理想的加載方式是能夠?qū)︸R達(dá)輸出軸加一個(gè)可變的慣性負(fù)載。但限于本單位的實(shí)際試驗(yàn)條件和課題經(jīng)費(fèi)上海交通大學(xué)申請(qǐng)碩士學(xué)位論文基于變頻技術(shù)的液壓容積調(diào)速回路特性分析和試驗(yàn)研究情況，本系統(tǒng)對(duì)馬達(dá)的加載方式擬采用馬達(dá)出口背壓加載的加載方式。該試驗(yàn)系統(tǒng)中馬達(dá)并不是完全作馬達(dá)工況使用，不能夠檢驗(yàn)出馬達(dá)的容積效率，機(jī)械效率值也只能夠近似檢驗(yàn)。但考慮到本系統(tǒng)主要是研究系統(tǒng)負(fù)載

23、變化時(shí)液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)速剛度，該系統(tǒng)基本能夠滿足課題要求。變頻器環(huán)節(jié)變頻器的選型根據(jù)本課題的任務(wù)，結(jié)合各種變頻器的性能特點(diǎn)，同時(shí)考慮綜合經(jīng)費(fèi)等綜合因素，本系統(tǒng)選用公司出品的系列電子變頻調(diào)速器，該變頻是電壓型交一直一交通用變頻器。）公司從年就開(kāi)始大批量生產(chǎn)丹佛斯變頻器，其具有卓越的控制性能（逆變?cè)恚?，靈活的操作方式（快速放置菜單），齊全的功能（內(nèi)置濾波器，電控器等）及可靠的制造質(zhì)量。其中系列變頻器是新一代包裝機(jī)械專用變頻器，體積小、價(jià)格低、功能全、功率范圍：。本系統(tǒng)選用的（）型變頻器的主要控制參數(shù)如下：頻率范圍：輸出頻率分辨率：系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間：轉(zhuǎn)速控制范（開(kāi)環(huán)）：轉(zhuǎn)速控制范（閉環(huán)）：同步轉(zhuǎn)速的：同步

24、轉(zhuǎn)速的：最大誤差±最大誤差±轉(zhuǎn)速精度（開(kāi)環(huán)）：轉(zhuǎn)速精度（閉環(huán)）：電壓型交一直一交通用變頻器工作原理課題采用電壓源交一直一交變頻器，其結(jié)構(gòu)主要有五部分組成：整流電路、逆變器、控制電路、制動(dòng)組件和保護(hù)回路。圖為其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。上海交通大學(xué)申請(qǐng)碩士學(xué)位論文基于變頻技術(shù)的液壓容積調(diào)速回路特性分析和試驗(yàn)研究工且耋；兜璁靖出圖變頻器構(gòu)成整流電路整流器由晶閘管或二極管組成，它的主要作用是對(duì)工頻的外部電源進(jìn)行整流，并給逆變電路和控制電路提供所需要的直流電流。在整流器整流后的直流電壓中，含有電源倍頻率的脈動(dòng)電壓，此外逆變器部分產(chǎn)生的脈動(dòng)電流也使直流電壓變動(dòng)，為了抑制電壓波動(dòng)，可采用直流電抗和電容

25、吸收脈動(dòng)電壓（電流）。逆變器逆變器由只晶閘管元件或大功率晶體管及二極管組成，微處理器輸出嘲信號(hào)，通過(guò)放大電路可直接控制晶閘管的導(dǎo)通、關(guān)斷，形成電壓、頻率可變的三相交流輸出。異步電動(dòng)機(jī)在調(diào)頻的同時(shí)需要調(diào)壓，以保證電機(jī)中磁場(chǎng)維持在合理的水平。在以前的交一直一交變頻器中，所采用的電力電子器件主要是晶閘管，其開(kāi)關(guān)頻率較低，調(diào)速系統(tǒng)的控制方式主要是調(diào)壓與調(diào)頻分別控制，即相控整流器控制輸出電壓的幅值，逆變器開(kāi)關(guān)頻率控制決定輸出電壓的頻率。這種調(diào)壓、調(diào)頻分別控制方式雖簡(jiǎn)單，易于調(diào)整，但有許多缺點(diǎn)，如調(diào)速系統(tǒng)功率因數(shù)差，輸出電壓、電流諧波含量大，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)大，動(dòng)態(tài)響應(yīng)慢等。近年來(lái)，隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，具有自

26、關(guān)斷能力的元件如大功率晶體管和門極可關(guān)斷晶閘管開(kāi)始得到廣泛應(yīng)用，產(chǎn)生了一種新型的調(diào)壓調(diào)頻綜合控制技術(shù)，即脈寬調(diào)制技術(shù)及相應(yīng)的雕逆變器?，F(xiàn)在的交一直一交交頻器采用脈寬調(diào)制（）技術(shù)后，把調(diào)壓和調(diào)頻的任務(wù)統(tǒng)一由變頻器來(lái)完成，最常用的調(diào)節(jié)方案采用雕（）方式，其原理如圖，采用參考正弦電壓波與載頻三角波來(lái)互相比較，決定主開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通時(shí)間以上海交通大學(xué)申請(qǐng)碩士學(xué)位論文基于變頻技術(shù)的液壓容積調(diào)速圊墮壁堡坌塹塑蔓竺堡塞實(shí)現(xiàn)調(diào)壓，利用脈沖寬度的改變來(lái)得到幅值不同的正弦基波電壓。脈寬調(diào)制型變頻器不僅可以把調(diào)壓和調(diào)頻的功能集于一身，而且還因采用不可控整流，簡(jiǎn)化了整流裝置，降低了整流器的造價(jià)，同時(shí)還改善了系統(tǒng)的功率因數(shù)，

27、加快了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，特別是通過(guò)采用適當(dāng)?shù)恼{(diào)制方法可以使交頻器輸出電壓中諧波分量，尤其是低次諧波顯著減少，從而使異步電動(dòng)機(jī)的技術(shù)性能指標(biāo)得到大幅度的提高。（）刪波形控制框圖圖制動(dòng)組件（）刪單極性控制方法一般的電壓源型交一直一交變頻器為不可逆變頻器，即變頻器正常運(yùn)行為象限運(yùn)轉(zhuǎn)，如圖中（），電源只向異步電動(dòng)機(jī)輸出功率。對(duì)于減速時(shí)需要制動(dòng)力的負(fù)載，功率會(huì)從異步電動(dòng)機(jī)向逆變器回流，此時(shí)變頻器需附加一套制動(dòng)放電組件，以實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)、象限制動(dòng)運(yùn)行，如圖中（）。當(dāng)異步電動(dòng)機(jī)粵一尊謄，可逆主并蓐圖電壓型變頻器的四象限運(yùn)行工作于制動(dòng)發(fā)電狀態(tài)時(shí)（轉(zhuǎn)差率為負(fù)），將產(chǎn)生再生能量，再生能量?jī)?chǔ)存于變頻上海交通大學(xué)申請(qǐng)碩士學(xué)

28、位論文基于變頻技術(shù)的液壓客積調(diào)速回路特性分析和試驗(yàn)研究器平滑回路的電容器中，使平滑回路中直流電壓升高，當(dāng)電壓升高到一定值時(shí)，控制電路使制動(dòng)部分的晶體管導(dǎo)通，再生能量通過(guò)電阻器被消耗掉。再生能量較大時(shí)，控制單元和電阻單元將分別設(shè)置。對(duì)于需要急加減速，并且加減速頻繁的場(chǎng)合，或?qū)τ谥苿?dòng)為主要目的的場(chǎng)合，需要用可逆變頻器，實(shí)現(xiàn)的象限運(yùn)行，如圖中（）?？刂苹芈废虍惒诫妱?dòng)機(jī)供電的主回路提供控制信號(hào)的回路，稱為控制回路。控制回路由運(yùn)算回路、電流電源檢測(cè)回路、驅(qū)動(dòng)回路、測(cè)速回路等組成。其中運(yùn)算回路將外部的速度、轉(zhuǎn)矩指令同檢測(cè)回路的電流、電壓信號(hào)進(jìn)行比較運(yùn)算，決定變頻器的輸出電源和頻率。電壓電流檢測(cè)回路采用霍耳

29、、電阻等元件，并與主回路隔離進(jìn)行電壓、電流的檢測(cè)。驅(qū)動(dòng)回路驅(qū)動(dòng)主回路元件的導(dǎo)通、關(guān)斷，它與控制回路隔離。速度檢測(cè)回路通過(guò)異步電動(dòng)機(jī)軸上的速度檢測(cè)器（、）或其他途徑，將電機(jī)速度信號(hào)反饋回運(yùn)算回路。構(gòu)成系統(tǒng)的速度閉環(huán)控制。保護(hù)回路變頻器控制回路中的保護(hù)可分為變頻器保護(hù)和異步電動(dòng)機(jī)保護(hù)。變頻器的保護(hù)功能有：瞬時(shí)過(guò)電流保護(hù)、過(guò)載保護(hù)、再生過(guò)電壓保護(hù)、瞬時(shí)停電保護(hù)、接地過(guò)電流保護(hù)、冷風(fēng)機(jī)異常保護(hù)等。對(duì)異步電動(dòng)機(jī)的保護(hù)有：過(guò)載保護(hù)和超速（超頻）保護(hù)。恒定控制方式恒定控制即、，控制，就是在改變頻率的同時(shí)控制變頻器輸出電壓，使電機(jī)磁通保持恒定，在較寬的范圍內(nèi)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩、效率、功率因數(shù)不下降。在進(jìn)行電機(jī)調(diào)速

30、時(shí)，通常要考慮的一個(gè)重要因素是希望保持電機(jī)中每極磁通量為額定值，并保持不變。如果磁通太弱沒(méi)有充分利用電機(jī)的鐵心，是一種浪費(fèi)；如果過(guò)分增大磁通，又會(huì)使鐵心飽和，過(guò)大的勵(lì)磁電流易于使電機(jī)繞組過(guò)熱，從而損壞電機(jī)。對(duì)于直流電機(jī)，勵(lì)磁系統(tǒng)是獨(dú)立的，容易做到中不變。在交流異步電動(dòng)機(jī)中，磁通是定子和轉(zhuǎn)子磁勢(shì)合成產(chǎn)生的，眾所周知，三相異步電動(dòng)機(jī)每相電動(dòng)勢(shì)的有效值是：。（一）上海交通大學(xué)申請(qǐng)磷士學(xué)位論文基于變頻技術(shù)的液蕊容積調(diào)逮回路特性分析和試驗(yàn)研究式中：蜀一氣隙磁通在定子繞組感廉電動(dòng)勢(shì)，五一定予繯率，囂一定予繞組匝數(shù)；一繞組系數(shù)；轡。一每圾氣隙磁通量，孫由式（）可知，只要控露好耱磊，便可達(dá)弼控制磁通垂，靜露瓣

31、。再?gòu)亩ㄓ枥@組的一相等值電路來(lái)看：置（，羈），若忽臻定予囂洚，粼豁：（）魯卻。上式中常數(shù)墨。）霾建，交羧囂串要保持毽磁逶，必要霞駐窩囊戎魄鍥交馥靜蠆，該羧涮方式即稱為餓定控制。它具有如下幾個(gè)特點(diǎn)：（）同步轉(zhuǎn)與頻率成廄比強(qiáng)：，。（）（）轉(zhuǎn)運(yùn)降落在同一轉(zhuǎn)矩下為懂值，邸在僵壓變頻院條件下交頻時(shí)，稅械特性平行移動(dòng)（）最大轉(zhuǎn)矩隨工變化最大轉(zhuǎn)短蓬五戇降羝瑟躐奪，一般交頻器（包戇采取定子壓降的補(bǔ)償，即適當(dāng)提離定子電壓。來(lái)提高低頻時(shí)的轉(zhuǎn)矩。恒定控制方式比較簡(jiǎn)單，多用于通用變頻器，在風(fēng)機(jī)、泵類機(jī)械的節(jié)能運(yùn)轉(zhuǎn)和生產(chǎn)流水線的工作臺(tái)傳動(dòng)等。本課題所選用的變頻器也是采用這種控制方）上海交通大學(xué)申請(qǐng)碩士學(xué)位論文基于變頻技

32、術(shù)的液壓容積調(diào)速回路特性分析和試驗(yàn)研究式的。工控機(jī)和變頻器通信通常通用變頻器對(duì)轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速的響應(yīng)不是很快，在一定程度上會(huì)制約控制系統(tǒng)性能的提高，這一點(diǎn)在類似本系統(tǒng)的非線性復(fù)雜系統(tǒng)中若不采取相關(guān)措施的話會(huì)顯得尤其突出。一般通用變頻器包括對(duì)速度的設(shè)置有模擬和數(shù)字兩種設(shè)定方法，前者是用電流或電壓值代表速度，通過(guò)轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，后者用通訊的方法直接將數(shù)字量輸入至變頻器。兩種方法最終都是將指令存入變頻器的內(nèi)存，在變頻器啟動(dòng)或上升時(shí)以預(yù)定的速率上升到指定頻率，停止或下降以預(yù)定的速率下降到指定頻率，由于受到變頻器功率器件最大允許電流的限制，速度變化率不能太快，雖然對(duì)多數(shù)變頻器來(lái)說(shuō)，加、減速速率可以設(shè)置，但不可能設(shè)

33、置得太短，否則運(yùn)行過(guò)程中容易出現(xiàn)過(guò)流。正是這個(gè)加，減速時(shí)間的存在，使得變頻的實(shí)際輸出頻率不能及時(shí)跟上控制器發(fā)出的指令，控制系統(tǒng)輸出的速度調(diào)控參數(shù)往往被積累在變頻器的內(nèi)存中等待執(zhí)行，形成變頻器的速度指令參數(shù)“存儲(chǔ)效應(yīng)”，對(duì)系統(tǒng)調(diào)控響應(yīng)呈現(xiàn)明顯的遲鈍和滯后，結(jié)果容易造成系統(tǒng)的“超調(diào)”或“失調(diào)”加大，這一點(diǎn)在變換調(diào)控方向時(shí)更加明顯，嚴(yán)重影響系統(tǒng)的控制性能。因此，要提高變頻器的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度，就必須消除其頻率指令參數(shù)累積在內(nèi)存中的“存儲(chǔ)效應(yīng)”現(xiàn)象，使得系統(tǒng)的控制指令在變換調(diào)控方向時(shí)能及時(shí)得到執(zhí)行。如果用模擬的方式向變頻器輸入控制信號(hào)的話，這個(gè)問(wèn)題是難以解決的，因?yàn)闊o(wú)法深入變頻器內(nèi)存。結(jié)合工控機(jī)和變頻器的

34、特點(diǎn)，本課題利用變頻器的輸入、輸出端子及串行通信接口來(lái)完成通信。和的串行口分別是和，故二者之間外加電平轉(zhuǎn)化器，該轉(zhuǎn)換器內(nèi)部采用了光電隔離技術(shù)，使工控機(jī)的各串口之間進(jìn)行了隔離，從而提高了系統(tǒng)的安全性。系統(tǒng)連接框圖和通訊查詢程序框圖分別見(jiàn)圖、咱。上海交通大學(xué)申請(qǐng)碩士學(xué)位論文基于變頻技術(shù)的液壓容積調(diào)速回路特性分析和試驗(yàn)研究圖工控機(jī)一變頻器連接框圖圖工控機(jī)通訊查詢程序框圖采用這種數(shù)字通訊方式，控制器能夠直接和變頻器內(nèi)存建立聯(lián)系，控制器發(fā)出的指令可以傳入變頻器，也能夠讀取變頻器內(nèi)部的有關(guān)數(shù)據(jù)。在此基礎(chǔ)上，在系統(tǒng)控制軟件中專門設(shè)計(jì)一個(gè)消除“存儲(chǔ)效應(yīng)”的模塊，其實(shí)現(xiàn)方法是每當(dāng)系統(tǒng)改變調(diào)控方向時(shí)，將變頻器內(nèi)存

35、中所有累積的未執(zhí)行的速度指令參數(shù)消除，使當(dāng)前運(yùn)行頻率能夠及時(shí)跟上系統(tǒng)的調(diào)控。液壓傳動(dòng)部分加載方式首先說(shuō)明，對(duì)于本課題研究，最理想的是能夠?qū)︸R達(dá)輸出軸加一個(gè)可變的慣性負(fù)載，以研究馬達(dá)在慣性負(fù)載情況下的變頻調(diào)速回路的有關(guān)動(dòng)、靜態(tài)特性。但是由于搭建馬達(dá)帶慣性負(fù)載的實(shí)驗(yàn)臺(tái)有困難，本課題最終決定采用馬達(dá)背壓加載上海交通大學(xué)申請(qǐng)碩士學(xué)位論文基于變頻技術(shù)的液壓容積調(diào)速回路特性分析和試驗(yàn)研究的加載方式，即如圖所示，在馬達(dá)出口處加比例溢流閥，通過(guò)調(diào)節(jié)該溢流閥的輸入電壓來(lái)改變系統(tǒng)壓力。由于本課題主要是研究變頻容積調(diào)速回路在負(fù)載變化（可以看作系統(tǒng)壓力變化）時(shí)系統(tǒng)速度岡性問(wèn)題，采用背壓加載的方式可以滿足本課題的研究需

36、要。根據(jù)課題研究需要，本課題所需要的主要液壓元件的規(guī)格、型號(hào)等如下：液壓泵綜合考慮變頻器有關(guān)參數(shù)及課題經(jīng)費(fèi)等因素，液壓泵選用的是本單位原有的泵組。這里需要說(shuō)明，首先，本課題所需的液壓泵用傳統(tǒng)意義上的定量泵即可，其次，根據(jù)其它元件的選型及有關(guān)參數(shù)要求，排量偏大。本課題研究時(shí)調(diào)節(jié)該手動(dòng)液壓泵的變量機(jī)構(gòu)，使其排量定在左右，并且在整個(gè)研究過(guò)程中不再改動(dòng)該設(shè)置，即將本液壓泵當(dāng)作排量左右的定量泵來(lái)使用。液壓馬達(dá)液壓馬達(dá)選用的是馬達(dá)，該馬達(dá)有關(guān)參數(shù)如下：經(jīng)過(guò)計(jì)算，選用該排量的馬達(dá)和液壓泵，理論上實(shí)驗(yàn)壓力可以高達(dá)。另外由于斜盤柱塞馬達(dá)在采用背壓加載時(shí)，實(shí)驗(yàn)壓力一般不可超過(guò)其額定壓力的一半，對(duì)本系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，即不可

37、超過(guò)。比例溢流閥控制器通過(guò)卡輸出電壓，經(jīng)過(guò)比例壓力放大器（）放大來(lái)控制比例溢流閥（），從而完成液壓馬達(dá)背壓加載。元件電路接線簡(jiǎn)圖如圖所示，圖是馬達(dá)背壓加載控制程序運(yùn)行界面圖。圖壓力控制元件電路連接簡(jiǎn)圖上海交通大學(xué)申請(qǐng)碩士學(xué)位論文基于變頻技術(shù)的液壓容積調(diào)速回路特性分析和試驗(yàn)研究傳感器部分本系統(tǒng)所用的傳感器主要是壓力傳感器和速度傳感器。壓力傳感器在本系統(tǒng)中主要用來(lái)采集系統(tǒng)壓力并將系統(tǒng)壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，經(jīng)卡傳送至控制器，以便于實(shí)時(shí)采集系統(tǒng)壓力。本壓力傳感器選用的是公司出電壓是。，該傳感器量程范圍，對(duì)應(yīng)的輸轉(zhuǎn)速傳感器是本系統(tǒng)最重要的傳感器，用來(lái)檢測(cè)馬達(dá)的轉(zhuǎn)速并反饋至控制器。經(jīng)多方比較，該傳感器選用

38、長(zhǎng)春光學(xué)儀器廠生產(chǎn)的一卅光電編碼盤，該編碼器采用圓光柵，經(jīng)光電轉(zhuǎn)換，將軸的角度位移轉(zhuǎn)換成電脈沖信號(hào)：。馬達(dá)轉(zhuǎn)速方波信號(hào)由計(jì)數(shù)卡采集并輸入控制器。在以光電編碼器構(gòu)成的測(cè)速系統(tǒng)中，常用的測(cè)速方法有三種，分別為法、法和法。法是通過(guò)編碼器兩個(gè)相鄰脈沖的時(shí)間間隔來(lái)確定轉(zhuǎn)速的，由于高速時(shí)脈沖的時(shí)間間隔小，而計(jì)算機(jī)及電路動(dòng)作需要時(shí)間，則其準(zhǔn)確性較差，故該方法適合速度比較低的場(chǎng)合。法是利用一段固定時(shí)間間隔內(nèi)的編碼器脈沖數(shù)來(lái)確定轉(zhuǎn)速的，其性能特點(diǎn)正好與法相反，比較適合于高速場(chǎng)合。而法則是前兩種方法的結(jié)合，兼顧低速和高速狀態(tài)下檢測(cè)精度，在整個(gè)速度范圍內(nèi)都有較好的準(zhǔn)確性。按照法，所取時(shí)間間隔（采樣周期）總是輸出脈沖

39、的整數(shù)倍，可提高低速檢測(cè)精度；較大的采樣周期，對(duì)于高速測(cè)量來(lái)講，可以忽略計(jì)算機(jī)的操作時(shí)間，從而提高了高速檢測(cè)精度。法測(cè)速原理見(jiàn)圖。圖中同步脈沖以的周期的取值一般約。為采樣周期。如果參考時(shí)鐘的頻率為五，在內(nèi)參考時(shí)鐘發(fā)出個(gè)脈沖，則肌。正。如馬達(dá)每轉(zhuǎn)過(guò)一轉(zhuǎn)，編碼器發(fā)出個(gè)脈沖，在時(shí)間間隔內(nèi)編碼器共發(fā)出個(gè)脈沖，則馬達(dá)的轉(zhuǎn)速（）為：鏟警式中：正一參考時(shí)鐘頻率；（堋上海交通大學(xué)申請(qǐng)碩士學(xué)位論文基于變頻技術(shù)的液壓容積調(diào)速回路特性分析和試驗(yàn)研究尸一馬達(dá)每轉(zhuǎn)過(guò)一轉(zhuǎn)編碼器發(fā)出的脈沖數(shù)；采樣周期內(nèi)編碼器發(fā)出的脈沖數(shù)；一采樣周期內(nèi)參考時(shí)鐘脈沖數(shù)。絲剁；罱囂山叫山衄山墊±黔廣穢幾門圖法洳速原理剁圖控制程序總體框

40、圖在轉(zhuǎn)速脈沖信號(hào)璣的上升沿時(shí)轉(zhuǎn)速脈沖個(gè)數(shù)計(jì)數(shù)器開(kāi)始對(duì)的上升沿次數(shù)加計(jì)數(shù)，的上升沿還使同步脈沖從低電平跳為高電平。同時(shí)，計(jì)數(shù)器還對(duì)參考時(shí)鐘脈沖數(shù)個(gè)數(shù)加計(jì)數(shù)，以便測(cè)得采樣周期的長(zhǎng)度。等到同步脈沖下降為低電平然后再次上跳為高電平之后，當(dāng)出現(xiàn)轉(zhuǎn)速脈沖上跳變時(shí)便停止一切計(jì)數(shù)。此時(shí)參考脈沖總個(gè)數(shù)為，轉(zhuǎn)速脈沖個(gè)數(shù)為。把和。代入式（）便可求得馬達(dá)轉(zhuǎn)速。為了提高馬達(dá)速度檢測(cè)精度，系統(tǒng)選用一光電編碼器和測(cè)量方法。該編碼器采用圓光柵，經(jīng)光電轉(zhuǎn)換，將軸的角度位移轉(zhuǎn)換成電脈沖信號(hào)：。馬達(dá)轉(zhuǎn)速方波信號(hào)由計(jì)數(shù)卡采集并輸入控制器（見(jiàn)圖）?？刂瞥绦蛟O(shè)計(jì)上海交通大學(xué)申請(qǐng)斌士學(xué)位論文基于變頦技術(shù)的液鹺囂積調(diào)運(yùn)回路特性分析和試璇研究

41、實(shí)驗(yàn)研究采用的控制程序由語(yǔ)言編寫(xiě)，在環(huán)境下編譯、遮行，它完成對(duì)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的設(shè)定和采集、處理分析、輸出控制嫩，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的掇制。疆棗采震功栽模塊式結(jié)梅，褒予凝?；X修改。霆、為控裁疆穿總體壤囂秘運(yùn)彳亍界面。初始化包播各控制器參數(shù)的輸入、卡端髓初始化、計(jì)數(shù)卡的并行口端口初始化及計(jì)數(shù)值歸零。數(shù)據(jù)采集程序方面完成卡對(duì)系統(tǒng)壓力的慕黎，另一方面完成計(jì)數(shù)卡靜計(jì)數(shù)值鎖存，從端日讀入采樣周麓海編舀器贛滋豹躲沖數(shù)，勢(shì)逶過(guò)鞋脬方法詩(shī)算窶滾愿毽達(dá)靜實(shí)舔轉(zhuǎn)速。羧秘算法程序包括第三掌所述的一般模糊控錆算法和參數(shù)予調(diào)整模糊控制算法。部分功能模塊程序源代碼見(jiàn)附錄。蓬一舄迭速度痿號(hào)撿澎魄終小結(jié)：本章介紹丁變頻液壓容積調(diào)速系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

42、組成，弗就燮頻器工組原理、采用上海交通大學(xué)申請(qǐng)碩士學(xué)位論文基于變頻技術(shù)的澈避肄積調(diào)速回路特性分析和試驗(yàn)研究數(shù)字通訊等方妓提高變頻器的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度、加載方式、法測(cè)速等技術(shù)細(xì)節(jié)進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明和深入研究。上海交通大學(xué)申請(qǐng)碩士學(xué)位論文基于變頻技術(shù)的液壓容積調(diào)速回路特性分析和試驗(yàn)研究第二章變頻液壓容積調(diào)速系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型變頻液壓容積調(diào)速系統(tǒng)是非線性、多變量、參數(shù)時(shí)變的系統(tǒng)，其數(shù)學(xué)模型比較復(fù)雜，因此，要建立起本系統(tǒng)精確的數(shù)學(xué)模型是比較困難的。本章試圖在忽略一些次要因素和參數(shù)，簡(jiǎn)化系統(tǒng)的情況下，盡可能地按照系統(tǒng)本來(lái)的特點(diǎn)建立一個(gè)該系統(tǒng)的比較準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型，以便為系統(tǒng)仿真和特性分析作準(zhǔn)備。變頻器一電機(jī)環(huán)節(jié)變頻器本

43、系統(tǒng)采用的變頻器是公司型號(hào)的變頻器，實(shí)際上變頻器和異步電機(jī)相比，其時(shí)間常數(shù)小得多，故在考慮變頻器一電機(jī)環(huán)節(jié)中變頻器輸入控制電壓甜和異步電機(jī)輸出轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系時(shí)，故忽略變頻器的動(dòng)態(tài)響應(yīng)過(guò)程。在變頻控制器中，模糊控制器輸出電壓“為一礦，即變頻器的輸入電壓范圍是一礦礦。同時(shí)變頻器的頻率輸出范圍設(shè)定為，其對(duì)應(yīng)關(guān)系為線性關(guān)系：正礦“式中：（）一電機(jī)定子側(cè)電流頻率，；“輸入變頻器的控制電壓，礦；島變頻器的增益系數(shù)，玎電機(jī)定子側(cè)電壓范圍是，其與定子電流頻率的關(guān)系也為線性的對(duì)應(yīng)關(guān)系，在不考慮低壓補(bǔ)償值時(shí)，有：上海交通大學(xué)申請(qǐng)碩士學(xué)位論文基于變頻技術(shù)的液壓容積調(diào)速回路特性分析和試驗(yàn)研究式中：乩為定子側(cè)電壓值，；

44、足，為變頻器到電機(jī)的增益系數(shù)，。變頻器的輸入控制電壓和電機(jī)輸入電壓的關(guān)系為：“對(duì)于控制中電機(jī)最大轉(zhuǎn)矩隨頻率降低出現(xiàn)下降趨勢(shì)的問(wèn)題，采用變頻器的低頻補(bǔ)償功能，即適當(dāng)提高輸入電壓，補(bǔ)償定子電阻上的電壓降落，以改善電機(jī)低頻下的轉(zhuǎn)矩特性。丹佛斯變頻器的控制面板上提供了設(shè)置曲線的功能，根據(jù)不同的工況能夠設(shè)定不同的低頻補(bǔ)償電壓。根據(jù)變頻器手冊(cè)】，在這里設(shè)定補(bǔ)償電壓。設(shè)置的曲線如圖所示，從圖中可以看出，電機(jī)定子側(cè)相電壓與定子電流頻率之間關(guān)系式為：等枷圖低壓補(bǔ)償曲線異步電機(jī)仔）交流調(diào)速變頻傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性是相當(dāng)復(fù)雜的。由于描述異步電機(jī)動(dòng)態(tài)過(guò)程的電磁方程是一組非線性微分方程式，同時(shí)電力變換器件的工作方式為開(kāi)關(guān)

45、狀態(tài)，以及變頻器采用的數(shù)字控制器給整個(gè)系統(tǒng)添加了時(shí)間離散性等，要在整個(gè)調(diào)速運(yùn)行范圍內(nèi)用解析表達(dá)式完整、精確地描述變頻調(diào)速的動(dòng)態(tài)特性，是具有相當(dāng)難度的。在分析異步電機(jī)的特性時(shí)，我們注意到電機(jī)的電磁瞬變過(guò)程比電機(jī)的機(jī)電過(guò)上海交通大學(xué)申請(qǐng)碩士學(xué)位論文基于變頻技術(shù)的液壓容積調(diào)速回路特性分析和試驗(yàn)研究程快得多，而在該課題所研究的變頻調(diào)速系統(tǒng)中，變頻器工作在變頻變壓方式下，而且相對(duì)液壓系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)過(guò)程來(lái)說(shuō)，型電機(jī)（）的瞬變過(guò)程較短。為了簡(jiǎn)化分析，在此不考慮電機(jī)中發(fā)生的電磁瞬變過(guò)程，則異步電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩為：珈，（面瓦再而麗式中：（）一電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩，；，一電機(jī)極對(duì)數(shù)，這里為；、厶一電機(jī)定子每相電阻，、每相漏感；

46、砭、藝一折算到定子側(cè)的轉(zhuǎn)子每相電阻、每相漏感；研一定子運(yùn)行角頻率，巧礦；一電機(jī)轉(zhuǎn)差率，一，；一電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，。以一電機(jī)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速，玎，：墮，。聊三相異步電機(jī)額定工作時(shí)，滑差率很小。根據(jù)電機(jī)技術(shù)資料，在額定工況下，電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速為，此時(shí)轉(zhuǎn)差率。（一）。并且注意到砭與，以及（厶）都是同一個(gè)數(shù)量級(jí)，所以有：震。、五墨。則式（叫）可化簡(jiǎn)為；，以：礬（：）：盟礬砭在額定工況下，即電機(jī)在工頻，定子相電壓【廠，轉(zhuǎn)速為額定轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)矩為額定輸出轉(zhuǎn)矩，由上式可求出折算上海交透大學(xué)申請(qǐng)磺士學(xué)位論文基于變頻技術(shù)的液聰樣積調(diào)速回路特性分析鞠、蠛驗(yàn)研究到定子側(cè)的轉(zhuǎn)予每相電阻彤未筆魯如。褥轉(zhuǎn)差事葶。一，鬈，毽；絲，錢入式（哂）弼褥：塒糍儼警；轟（糾吁專（期（糾囂為交頻璃速孛，穢。，五；豢數(shù)。令辮，。，斌；五為交頻調(diào)速邀遮轉(zhuǎn)矩增益，為墩稅交頻調(diào)速速度轉(zhuǎn)煞增益，剛（）式霹寫(xiě)為：瓦